JP5019133B2 - 回転電機制御システム及び当該回転電機制御システムを備えた車両駆動システム - Google Patents

回転電機制御システム及び当該回転電機制御システムを備えた車両駆動システム Download PDF

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Description

本発明は、モータやジェネレータの制御を行なう回転電機制御システム、及び当該回転電機制御システムを備えた車両駆動システムに関する。
近年、省エネルギーや環境負荷軽減の観点から、エンジン及び回転電機（モータやジェネレータ）を駆動力源として備えたハイブリッド車両が注目されている。このようなハイブリッド車両においては、回転電機と当該回転電機に電力を供給するバッテリとが接続され、回転電機とバッテリとの間に介在されるインバータにより回転電機を流れる電流が制御される。ここで、当該インバータにおいては、バッテリから過大な電流が引き出されてしまうと、バッテリの耐久性の低下やスイッチング素子の破損等の不都合が生じてしまう場合があるため、一定条件下で回転電機のトルクが制限される場合がある。
例えば以下の特許文献１には、回転電機と、バッテリと回転電機との間に介在され回転電機を流れる電流を制御するインバータとを備え、インバータにより回転電機の回転速度及び出力トルクが制御される回転電機制御システムが記載されている。この回転電機制御システムにあっては、所定の大きさ（一定値）の制限電力が設定されている。回転電機制御システムは、回転電機が回転速度及び出力トルクで働く場合における回転電機の消費電力と、インバータを構成する回路中に付設される平滑コンデンサの蓄積電力の変化量との和からバッテリ電力を推定する。そして回転電機制御システムは、推定されるバッテリ電力が所定の制限電力を超えないように、回転電機に対するトルク指令を制限する。これにより、平滑コンデンサの蓄積電力の変化を考慮に入れた上で、バッテリから過大な電流が引き出されてしまうことを防止している。
特開２００５−２１０７７９号公報
特許文献１に記載された回転電機制御システムでは、バッテリ電力を所定の制限電力以下に制限することはできる。しかし、当該制限電力は一定値に固定されているため、例えば極低温環境に置かれたり、バッテリの劣化により内部抵抗が増大したりして、回転電機制御システムに接続されるバッテリの開放電圧（バッテリ電流が零の状態におけるバッテリ電圧）が低下してしまったような状態では、制限電力内であっても一定の大きさのバッテリ電力を確保するためにはバッテリから過大な電流が引き出されることになってしまう。そのため、そのような場合には、バッテリやスイッチング素子を適切に保護することができないという問題があった。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、バッテリ電圧が低下した場合にも、バッテリやスイッチング素子を適切に保護することができる回転電機制御システムを提供することを目的とする。
この目的を達成するための、本発明に係る回転電機と、バッテリと前記回転電機との間に介在され、前記回転電機を流れる電流を制御するインバータと、を備え、前記インバータにより前記回転電機の回転速度及び出力トルクが制御される回転電機制御システムの特徴構成は、前記回転電機が前記回転速度及び前記出力トルクで働く場合に、前記バッテリ
から供給することが必要とされるバッテリ電力を導出するバッテリ電力導出手段と、許容できる前記バッテリ電力の最大値である制限電力を、バッテリ電圧に応じて可変決定する制限電力決定手段と、前記バッテリ電力導出手段により導出される前記バッテリ電力が前記制限電力より大きくならないように前記回転電機のトルクを制限するトルク制限手段と、を備え、前記制限電力決定手段は、バッテリ電圧によらず一定の値に設定される第一制限電力と、バッテリ電圧が変化した場合であっても、バッテリ電流が所定の過電流閾値よりも小さくなるように設定される第二制限電力と、のうちいずれか小さい方を前記制限電力として決定する点にある。
なお、本願では、「回転電機」は、モータ（電動機）、ジェネレータ（発電機）、及び必要に応じてモータ及びジェネレータの双方の機能を果たすモータ・ジェネレータのいずれをも含む概念として用いている。また、本明細書においては、特に区別して使用しない限り、回転電機とは、第一回転電機及び第二回転電機の一方又は双方を意味する、包括的な概念として用いている。
インバータにより回転電機の回転速度及び出力トルクが制御される回転電機制御システムにおいて、インバータに接続されるバッテリのバッテリ電圧が低下した場合には、一定の大きさのバッテリ電力を確保するためにはバッテリ電流が過大となってしまう。そこで、上記の特徴構成を採用して、制限電力決定手段がバッテリ電圧に応じて制限電力を可変決定するように構成することにより、バッテリ電圧が低下した場合にもバッテリ電流が過大とならないような制限電力を決定することができる。よって、バッテリ電圧が低下した場合にも、バッテリから過大な電流が引き出されることを防止することができる。したがって、バッテリやスイッチング素子を適切に保護することができる回転電機制御システムを提供することが可能となる。
さらに、この構成によれば、例えばバッテリの開放電圧（バッテリ電流が零の状態におけるバッテリ電圧）が所定の正常範囲にある場合を想定して、バッテリ電圧によらず一定値となる第一制限電力（従来から用いられている所定の制限電力に相当する）を設定しておくとともに、バッテリの開放電圧が低下して正常範囲から逸脱してしまった場合を想定して、バッテリ電圧が変化した場合であってもバッテリ電流が所定の過電流閾値よりも小さくなるような第二制限電力を設定することにより、バッテリ電圧に応じた幅広い範囲で適切に制限電力を決定することができる。
また、前記第二制限電力が、前記過電流閾値とバッテリ電圧との積算値に基づいて設定される構成とすると好適である。
この構成によれば、上記の第二制限電力を、過電流閾値を基準として適切に設定することができる。
また、前記第一制限電力及び前記第二制限電力が、前記回転電機の制御遅れによる前記バッテリ電力の増加分である制御遅れ分電力に応じた値を予め減算して設定される構成とすると好適である。
実際に回転電機の制御を行なう場合には、現状の技術では多少の制御遅れが生じてしまうことは避けられない。そのため、トルク制限がかかってから実際にバッテリ電力が制限されるまでの間にもバッテリ電力が増加してしまう。そこで、上記の構成を採用して、第一制限電力及び第二制限電力を制御遅れ分電力に応じた値を予め減算して設定することにより、制御遅れにより発生するバッテリ電力の増加分を吸収して過電流の発生防止を図ることができる。
また、前記バッテリ電力の変化率を導出するバッテリ電力変化率導出手段を備え、前記バッテリ電力変化率導出手段により導出されるバッテリ電力変化率が所定のバッテリ電力急変閾値より大きい急変時に、前記第二制限電力よりも低い値に設定される急変時第二制限電力が、前記第二制限電力に代えて設定される構成とすると好適である。
バッテリ電力変化率が所定のバッテリ電力急変閾値より大きい急変時においては、回転電機の制御遅れによるバッテリ電力の増加幅は、通常時における増加幅よりも大きいものとなる。そこで、上記の構成を採用して、急変時においては上記の第二制限電力よりも低い値に設定される急変時第二制限電力を、当該第二制限電力に代えて設定することにより、バッテリ電圧が低下した場合において、制御遅れにより発生するバッテリ電力の増加分が通常時に比べて増大したとしても、これを吸収して過電流の発生防止を図ることができる。
また、前記回転電機の回転速度の変化率を導出する回転速度変化率導出手段を備え、前記回転速度変化率導出手段により導出される回転速度変化率が所定の回転速度急変閾値より大きい急変時に、前記第二制限電力よりも低い値に設定される急変時第二制限電力が、前記第二制限電力に代えて設定される構成とすると好適である。
回転速度変化率が所定の回転速度急変閾値より大きい急変時においては、回転電機の制御遅れによるバッテリ電力の増加幅は、通常時における増加幅よりも大きいものとなる。そこで、上記の構成を採用して、急変時においては上記の第二制限電力よりも低い値に設定される急変時第二制限電力を、当該第二制限電力に代えて設定することにより、バッテリ電圧が低下した場合において、制御遅れにより発生するバッテリ電力の増加分が通常時に比べて増大したとしても、これを吸収して過電流の発生防止を図ることができる。
また、前記急変時に、前記第一制限電力よりも低い値に設定される急変時第一制限電力が、前記第一制限電力に代えて設定される構成とすると好適である。
この構成によれば、バッテリ電圧が低下した場合のみならずバッテリ電圧が正常範囲にある場合において、制御遅れにより発生するバッテリ電力の増加分が通常時に比べて増大したとしても、これを吸収して過電流の発生防止を図ることができる。
本発明に係る車両駆動システムの特徴構成は、これまで説明してきたような回転電機制御システムを備えるとともに、前記回転電機として、第一回転電機と第二回転電機とを備え、前記第一回転電機及び前記第二回転電機以外の駆動源から発生される駆動力を分配する動力分配機構を備え、前記動力分配機構により分配された一方の駆動力が車輪に、他方の駆動力が前記第一回転電機に伝達されるとともに、前記第二回転電機により発生される駆動力が前記車輪に伝達される点にある。
この特徴構成によれば、これまで説明してきたような回転電機制御システムの利点を有する、一対の回転電機と当該一対の回転電機以外の駆動源とを備えたいわゆるスプリット形態の動力分配を行う車両駆動システムを実現することができる。そして、当該車両駆動システムは、一対の回転電機の運転を、それら回転電機に要求される回転数及びトルクを満たす形態で実現することができる。
ここで、前記動力分配機構が、回転速度の順に、第一回転要素、第二回転要素及び第三回転要素を有する遊星歯車機構を含んで構成され、前記第一回転電機が前記第一回転要素に接続され、前記回転電機以外の駆動源が前記第二回転要素に接続され、前記第二回転電機及び前記第三回転要素が車輪に接続されている構成とすると好適である。
なお、本願では、「接続」は、部材間の直接的な接続だけではなく、部材間に一又は二以上の部材を介する間接的な接続をも含む概念として用いている。
この構成によれば、単一の遊星歯車機構を使用して、スプリット形態の動力分配を行う車両駆動システムを容易に実現することができる。
以下に、本発明に係る回転電機制御システムの実施形態について図面を参照して説明する。当該回転電機制御システム１００は、車両駆動システム２００に組み込まれて、当該車両駆動システム２００に備えられる回転電機ＭＧ１、ＭＧ２の運転制御の用を果たすものである。図１は、車両駆動システム２００の駆動系の概略を示す図であり、図２は、車両駆動システム２００の回転電機制御系１００の概略を示す図である。図３は、車両駆動システム２００の全体の概略を示す図である。なお、図３においては、実線の矢印で各種情報の伝達経路を、二重の実線で駆動力の伝達経路を、二重の破線で電力の伝達経路を示している。図４は、昇圧コンバータ損失のマップを示す図である。図５は、制限電力を決定する際に用いるマップの一例を示す図であり、図６は、制限電力とバッテリ特性との関係を示す図である。
１．駆動系
図１及び図３に示すように、車両には内燃機関であるエンジンＥと、一対の回転電機ＭＧ１、ＭＧ２とが備えられている。この車両駆動システム２００は、いわゆるハイブリッドシステムであり、エンジンＥと車輪Ｗとの間に、ハイブリッド駆動装置１を備えて構成されている。エンジンＥとしては、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の公知の各種の内燃機関を用いることができる。後述するように、回転電機ＭＧ１、ＭＧ２は、それぞれモータ（電動機）又はジェネレータ（発電機）として作動する。したがって、以下の説明において、特に何れかの回転電機を特定する必要がない場合、符号ＭＧ１、ＭＧ２を省略する場合がある。車両は、エンジンＥ若しくはモータとして働く回転電機から駆動力を得て走行可能である。また、エンジンＥにより発生される駆動力の少なくとも一部は、ジェネレータとして働く回転電機において電力に変換され、バッテリＢの充電、あるいはモータとして働く回転電機の駆動の用に供される。さらに、制動時には、制動力を利用して回転電機により発電し、バッテリＢに電力を回生することも可能である。
ハイブリッド駆動装置１の入力軸Ｉは、エンジンＥのクランクシャフト等の出力回転軸に接続されている。なお、入力軸ＩがエンジンＥの出力回転軸との間にダンパやクラッチ等を介して接続された構成としても好適である。ハイブリッド駆動装置１の出力は、ディファレンシャル装置Ｄ等を介して車輪Ｗに伝達される。さらに、入力軸Ｉは動力分配機構Ｐのキャリアｃａに連結されており、車輪Ｗにディファレンシャル装置Ｄを介して接続される中間軸Ｍはリングギヤｒに連結されている。
第一回転電機ＭＧ１は、ステータＳｔ１と、このステータＳｔ１の径方向内側に回転自在に支持されたロータＲｏ１と、を有している。この第一回転電機ＭＧ１のロータＲｏ１は、動力分配機構Ｐのサンギヤｓと一体回転するように連結されている。また、第二回転電機ＭＧ２は、ステータＳｔ２と、このステータＳｔ２の径方向内側に回転自在に支持されたロータＲｏ２とを有している。この第二回転電機ＭＧ２のロータＲｏ２は、出力ギヤＯと一体回転するように連結され、ディファレンシャル装置Ｄの入力側に接続されている。第一回転電機ＭＧ１及び第二回転電機ＭＧ２は、図１、図３に示すように、インバータＩｎを介してバッテリＢに電気的に接続されている。また、インバータＩｎは冷却水との熱交換により冷却される構造が採用されている。第一回転電機ＭＧ１及び第二回転電機ＭＧ２は、それぞれ電力の供給を受けて動力を発生するモータ（電動機）としての機能と、動力の供給を受けて電力を発生するジェネレータ（発電機）としての機能とを果たすことが可能に構成されている。
本実施形態における構成例では、第一回転電機ＭＧ１は、主に動力分配機構Ｐのサンギヤｓを介して入力された駆動力により発電を行うジェネレータとして機能し、バッテリＢを充電し、或いは第二回転電機ＭＧ２を駆動するための電力を供給する。ただし、車両の高速走行時等には第一回転電機ＭＧ１がモータとして機能する場合もある。一方、第二回転電機ＭＧ２は、主に車両の走行用の駆動力を補助するモータとして機能する。また、車両の減速時等には、第二回転電機ＭＧ２は、車両の慣性力を電気エネルギーとして回生するジェネレータとして機能する。このような第一回転電機ＭＧ１及び第二回転電機ＭＧ２の運転は、制御装置ＥＣＵからの制御指令にしたがって行われる。
図１に示すように、動力分配機構Ｐは、入力軸Ｉと同軸状に配置されたシングルピニオン型の遊星歯車機構により構成されている。すなわち、動力分配機構Ｐは、複数のピニオンギヤを支持するキャリアｃａと、ピニオンギヤにそれぞれ噛み合うサンギヤｓ及びリングギヤｒとを回転要素として有している。第一回転要素としてのサンギヤｓは、第一回転電機ＭＧ１のロータＲｏ１と一体回転するように接続される。第二回転要素としてのキャリアｃａは、エンジンＥの出力回転軸に接続された入力軸Ｉと一体回転するように接続されている。第三回転要素としてのリングギヤｒは、中間軸Ｍと一体回転するように接続されており、リングギヤｒは、中間軸Ｍを介してディファレンシャル装置Ｄに接続される。なお、この動力分配機構Ｐでは、三つの回転要素は、回転速度の順にサンギヤｓ（第一回転要素）、キャリアｃａ（第二回転要素）及びリングギヤｒ（第三回転要素）となっている。ここで、「回転速度の順」は、高速側から低速側に向かう順、又は低速側から高速側に向かう順のいずれかであり、動力分配機構Ｐの回転状態によりいずれともなり得る。
図１に示す構成においては、第一回転電機ＭＧ１が第一回転要素としてのサンギヤｓに接続され、回転電機ＭＧ１及びＭＧ２以外の駆動源であるエンジンＥが第二回転要素としてのキャリアｃａに接続されている。そして、第二回転電機ＭＧ２及び第三回転要素としてのリングギヤｒは、ディファレンシャル装置Ｄを経て車輪Ｗに接続されている（図３を参照）。しかし、駆動系の構成は、この構成に限定されるものではない。第二回転電機ＭＧ２は、ディファレンシャル装置Ｄに直接接続される形態でも良いし、第三回転要素又はその他の駆動伝達要素に接続され、それらの回転要素や駆動伝達要素を介してディファレンシャル装置Ｄに接続される形態でも良い。
２．回転電機制御系
図２は、インバータＩｎを中核とする回転電機制御系の構成を模式的に示すブロック図である。この回転電機制御系は、バッテリＢと各回転電機ＭＧ１、ＭＧ２と、両者の間に介装されるインバータＩｎとを備えて構成されている。また、インバータＩｎは、バッテリＢ側から、電圧変換部４と周波数変換部５とを備えている。本実施形態においては、図２に示すように、周波数変換部５として、一対の回転電機ＭＧ１、ＭＧ２に対して、それぞれ周波数変換部５ａ、５ｂが個別に設けられている。周波数変換部５と各回転電機ＭＧ１、ＭＧ２との間には、回転電機を流れる電流を計測するための電流センサ（第一回転電機電流センサＳｅ７、第二回転電機電流センサＳｅ８）が備えられている。なお、本例では、三相全ての電流を計測する構成を示しているが、三相は平衡状態にあり瞬時値の総和は零であるので二相のみの電流を計測して、制御装置ＥＣＵにおいて残りの一相の電流を演算により求めてもよい。なお、バッテリＢは、回転電機ＭＧ１、ＭＧ２へ電力の供給が可能なものであるとともに、回転電機ＭＧ１、ＭＧ２から電力の供給を受けて蓄電可能なものである。
電圧変換部４は、リアクトル４ａ、フィルタコンデンサ４ｂ、上下一対のスイッチング素子４ｃ、４ｄを有して構成されている。スイッチング素子４ｃ、４ｄとしては、ＩＧＢＴ（insulated gate bipolar transistor）や、ＭＯＳＦＥＴ（metal oxide semiconductor field effect transistor）を適用すると好適である。本実施形態では、ＩＧＢＴを用いて構成される場合を例として説明する。
電圧変換部４の上段のスイッチング素子４ｃのソースは下段のスイッチング素子４ｄのドレインに接続されるとともに、リアクトル４ａを介してバッテリＢのプラス側に接続されている。上段のスイッチング素子４ｃのドレインは、周波数変換部５の入力プラス側に接続される。下段のスイッチング素子４ｄのソースはバッテリＢのマイナス側（グラウンド）に接続される。周波数変換部５の入力マイナス側もグラウンドであるので、下段のスイッチング素子４ｄのソースは周波数変換部５の入力マイナス側と接続される。
上段のスイッチング素子４ｃ及び下段のスイッチチング素子４ｄのゲートは、ドライバー回路７に接続される。スイッチング素子４ｃ、４ｄは、後述する回転電機制御手段１４から出力される電圧指令である要求電圧に基づいてドライバー回路７からＰＷＭ制御されることで、バッテリＢからの電圧を昇圧して周波数変換部５に供給する。一方、回転電機ＭＧ１、ＭＧ２側から電力を受ける場合は、周波数変換部５からの電圧を降圧してバッテリＢに供給することとなる。
周波数変換部５は、ブリッジ回路により構成されている。周波数変換部５の入力プラス側と入力マイナス側との間に二つのスイッチング素子が直列に接続され、この直列回路が３回線並列接続される。つまり、回転電機ＭＧ１、ＭＧ２のステータコイルＵ相、Ｖ相、Ｗ相のそれぞれに一組の直列回路が対応したブリッジ回路が構成される。図２において、
符号８ａは、Ｕ相の上段側スイッチング素子であり、
符号８ｂは、Ｖ相の上段側スイッチング素子であり、
符号８ｃは、Ｗ相の上段側スイッチング素子であり、
符号８ｄは、Ｕ相の下段側スイッチング素子であり、
符号８ｅは、Ｕ相の下段側スイッチング素子であり、
符号８ｆは、Ｕ相の下段側スイッチング素子である。なお、周波数変換部５のスイッチング素子８ａ〜８ｆについても、ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴを適用すると好適である。本実施形態では、ＩＧＢＴを用いる場合を例示している。
図２に示すように、各相の上段側スイッチング素子８ａ、８ｂ、８ｃのドレインは電圧変換部４の出力プラス側（周波数変換部５の入力プラス側）に接続され、ソースは各相の下段側スイッチング素子８ｄ、８ｅ、８ｆのドレインに接続されている。また、各相の下段側スイッチング素子８ｄ、８ｅ、８ｆのソースは、電圧変換部４の出力マイナス側（周波数変換部５の入力マイナス側）、即ち、バッテリＢのマイナス側（グラウンド）に接続されている。各スイッチング素子８ａ〜８ｆのゲートはドライバー回路７に接続されており、それぞれ個別にスイッチング制御される。
対となる各相のスイッチング素子（８ａ、８ｄ）、（８ｂ、８ｅ）、（８ｃ、８ｆ）による直列回路の中間点（スイッチング素子の接続点）９ｕ、９ｖ、９ｗは、回転電機ＭＧ１及びＭＧ２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のステータ巻線にそれぞれ接続されている。各巻線へ供給される駆動電流は、電流センサＳｅ７、Ｓｅ８によって検出される。電流センサＳｅ７、Ｓｅ８による検出値は、ドライバー回路７を介して制御装置ＥＣＵに送られ、フィードバック制御に用いられる。
ドライバー回路７は、これらスイッチング素子８ａ〜８ｆを、後述する回転電機制御手段１４から出力される要求回転速度、要求トルクに基づいてＰＷＭ制御することで、各回転電機ＭＧ１、ＭＧ２に三相の交流駆動電流を供給する。これにより、各回転電機ＭＧ１、ＭＧ２を要求回転速度、要求トルク（トルク制限を行う場合は制限トルク）に応じて力行させる。各回転電機ＭＧ１、ＭＧ２が発電機として働き、回転電機側から電力を受ける場合は、ドライバー回路７は、所定周波数の交流を直流に変換するように周波数変換部５を制御する。
インバータＩｎは、図３に模式的に示すように、通電によって発熱し高温となる各スイッチング素子４ｃ、４ｄ、８ａ〜８ｆを降温するための熱交換器９を備えている。熱交換器９には、外側の一側面にスイッチング素子８ａ（他のスイッチング素子は図示省略）が密着固定され、内部に冷媒である冷却水が流通する冷却水通路９ａが形成されている。冷却水通路９ａの入口および出口には、冷却水循環路１０の一端および他端が接続されており、冷却水循環路１０は熱交換器９から送出される高温の冷却水を降温して、降温された冷却水を熱交換器９に戻す。
３．車両駆動システム
以下、図３に基づいて、本願に係る車両駆動システム２００の全体について、システムの中核を成す制御装置ＥＣＵを中心に説明する。
図３に示すように、制御装置ＥＣＵは、車両の各部に設けられたセンサＳｅ１〜Ｓｅ９で取得される情報を用いて、エンジンＥ、第一回転電機ＭＧ１、第二回転電機ＭＧ２等の運転制御を行う。ここで、第一回転電機ＭＧ１、第二回転電機ＭＧ２の運転制御は、先に説明したインバータＩｎを介するものとなる。
本例では、センサとして、第一回転電機回転速度センサＳｅ１、第二回転電機回転速度センサＳｅ２、エンジン回転速度センサＳｅ３、バッテリ状態検出センサＳｅ４、車速センサＳｅ５、アクセル操作検出センサＳｅ６、第一回転電機電流センサＳｅ７、第二回転電機電流センサＳｅ８及び冷却水温度センサＳｅ９が設けられている。
第一回転電機回転速度センサＳｅ１は、第一回転電機ＭＧ１のロータＲｏ１の回転速度を検出するためのセンサである。第二回転電機回転速度センサＳｅ２は、第二回転電機ＭＧ２のロータＲｏ２の回転速度を検出するためのセンサである。エンジン回転速度センサＳｅ３は、エンジンＥの出力回転軸の回転速度を検出するためのセンサである。本例の場合、入力軸ＩはエンジンＥの出力回転軸と一体回転するので、このエンジン回転速度センサＳｅ３により検出されるエンジンＥの回転速度は入力軸Ｉの回転速度と一致する。バッテリ状態検出センサＳｅ４は、バッテリＢの充電量、バッテリを流れる電流（バッテリ電流）及びバッテリの電圧（バッテリ電圧）等を検出するためのセンサである。車速センサＳｅ５は、車速を検出するためにディファレンシャル装置Ｄの入力軸（図示省略）の回転速度を検出するためのセンサである。アクセル操作検出センサＳｅ６は、アクセルペダル１８の操作量を検出するためのセンサである。第一回転電機電流センサＳｅ７及び第二回転電機電流センサＳｅ８は、インバータＩｎに備えられ、それぞれ第一回転電機ＭＧ１、第二回転電機ＭＧ２を流れる電流を検出する。冷却水温度センサＳｅ９は、冷却水通路９ａの入口に備えられ、冷却水の温度を検出するためのセンサである。
制御装置ＥＣＵは、要求駆動力決定手段１１と、走行条件決定手段１２と、エンジン制御手段１３と、回転電機制御手段１４と、を備えている。さらに、この制御装置ＥＣＵには、所定の条件下でトルク制限を実行するトルク制限手段１５が設けられている。制御装置ＥＣＵにおけるこれらの各手段は、互いに共通の或いはそれぞれ独立のＣＰＵ等の演算処理装置を中核部材として、入力されたデータに対して種々の処理を行うための機能部がハードウェア又はソフトウェア（プログラム）或いはその両方により実装されて構成されている。
要求駆動力決定手段１１は、車速センサＳｅ５及びアクセル操作検出センサＳｅ６からの出力に基づいて、運転者からの要求駆動力を演算して決定する。
走行条件決定手段１２は、車速センサＳｅ５により得られる車速の情報、要求駆動力決定手段１１により得られる要求駆動力の情報及びバッテリ状態検出センサＳｅ４により得られるバッテリの充電量の情報等にしたがって、予め備えられているマップ等にしたがって、車両に要求される走行条件である、エンジンＥの回転速度（要求回転速度）及び出力トルク（要求トルク）、第一回転電機ＭＧ１及び第二回転電機ＭＧ２それぞれの回転速度（要求回転速度）及び出力トルク（要求トルク）を決定する。
この走行条件決定手段１２における上記走行条件の決定例を例示的に説明すると、バッテリＢの蓄電量が充分である場合には、例えば、エンジンＥが、効率が高く排気ガスの少ない状態に（一般に最適燃費特性に沿うよう）に維持されるような運転条件をエンジンＥに要求する回転速度及びトルクとする。そして、エンジンＥの運転条件では不足するトルクを第二回転電機ＭＧ２に要求されるトルクとし、さらに、動力分配機構Ｐにより第一回転電機ＭＧ１側に分配されるトルクを第一回転電機ＭＧ１に要求されるトルク（この状態では第一回転電機ＭＧ１は発電機として働くため、要求トルクは負）とする。そして、上述の動力分配機構Ｐの構成及び駆動系に備えられるギヤのギヤ比等にしたがって、第一回転電機ＭＧ１、第二回転電機ＭＧ２が取るべき回転速度が要求回転速度として決定される。
一方、バッテリＢの蓄電量が少なくなっており車両に制動がかかっている場合には、モータとして働く第二回転電機ＭＧ２の回転速度が抑えられた状態で、第一回転電機ＭＧ１で発電される電力を増加させるべく、エンジンＥ、第一回転電機ＭＧ１、第二回転電機ＭＧ２の運転条件を決定する。この場合、車両に制動がかかる状態で車輪Ｗの回転速度、ひいては第二回転電機ＭＧ２の回転速度は低下している。この状態でエンジン回転速度を上げることで、動力分配機構Ｐにおける遊星歯車の各ギヤの接続関係から、発電機として働く第一回転電機ＭＧ１の回転速度を上昇させる。その結果、第一回転電機ＭＧ１の発電量を増加させて、バッテリＢの充電を行うことができる。
走行条件決定手段１２により決定されるエンジンＥに対する要求回転速度および要求トルクは、エンジン制御手段１３に出力される。また、第一回転電機ＭＧ１、第二回転電機ＭＧ２に対する要求回転速度及び要求トルクは、それぞれ回転電機制御手段１４に出力される。
エンジン制御手段１３は、エンジンＥの運転開始、停止を行うほか、走行条件決定手段１２から出力されるエンジンＥに対する要求回転速度及び要求トルクにしたがって、エンジンＥの回転速度制御、出力トルク制御等の運転制御を行う。
回転電機制御手段１４は、走行条件決定手段１２から出力される各回転電機ＭＧ１、ＭＧ２に対する要求回転速度及び要求トルクにしたがって、インバータＩｎを介して第一回転電機ＭＧ１及び第二回転電機ＭＧ２の回転速度制御、トルク制御等の運転制御を行う。
さて、図３に示すように、回転電機制御手段１４にはインバータ電圧決定部１４ａが設けられている。先に示したように回転電機制御手段１４には走行条件決定手段１２から、各回転電機ＭＧ１、ＭＧ２に対する要求回転速度および要求トルクが送られてくる。一方、本例で採用するインバータＩｎは、共通の電圧変換部４を備え、その共通の電圧変換部４により電圧変換された直流電圧（この電圧をインバータ電圧Ｖｃと呼ぶ）が、周波数変換部５にかかる。そこで、回転電機制御手段１４では、個々の回転電機ＭＧ１、ＭＧ２に要求される要求回転速度及び要求トルクに基づいて、インバータＩｎで回転電機ＭＧ１、ＭＧ２を制御するのに必要となる回転電機毎の周波数及び電流値を求め、さらに各回転電機ＭＧ１、ＭＧ２毎に必要となる直流電圧（この電圧をそれぞれ第一電圧、第二電圧と呼ぶ）を求める。そして、回転電機制御手段１４では、一対求められる第一電圧、第二電圧に基づいて、それらの高い方の電圧をインバータ電圧Ｖｃとする。したがって、回転電機制御手段１４では、インバータＩｎに対する指令値として、インバータ電圧Ｖｃが求められるとともに、回転電機ＭＧ１、ＭＧ２毎に周波数及び電流値が求められ、インバータＩｎに送られる。
以上が、走行条件決定手段１２により決定される走行条件にそのまましたがって、エンジンＥ及び一対の回転電機ＭＧ１、ＭＧ２が運転される場合の説明である。このような通常状態における走行状態に対して、本実施形態においては、インバータＩｎに過電流が流れる可能性がある場合に、所定の条件下で、トルク制限手段１５によりモータとして働く回転電機のトルクを制限するように構成されている。所定の条件を満たす場合、モータとして働く回転電機のトルクがトルク制限値に制限される。
４．トルク制御系
次に、トルク制限手段１５がモータとして働く回転電機のトルクを制御する制御系の詳細について説明する。図３に示すように、トルク制限手段１５は、バッテリ電力導出手段１５ａと、バッテリ電力変化率導出手段１５ｂと、回転速度変化率導出手段１５ｃと、制限電力決定手段１５ｄと、トルク制限判定手段１５ｅと、トルク制限値導出手段１５ｆと、を備えている。
バッテリ電力導出手段１５ａは、現状におけるバッテリ電力を導出する手段である。ここで、バッテリ電力は、一対の回転電機ＭＧ１、ＭＧ２に関して、走行条件決定手段１２により決定される走行条件（要求トルク及び要求回転速度）にしたがって、一方がモータとして働くとともに他方が発電機として働く場合に、バッテリＢから取り出される電力（バッテリＢが供給することが必要となる電力）である。
このバッテリ電力は、以下にそれぞれ示す、モータ電力（式１）、発電機電力（式２）、昇圧コンバータ損失及びコンデンサチャージ電力（式４）の合算値として導出される。これらは全て推定値であり、以下に示す式にしたがって求められるが、一部（モータ損失、発電機損失、昇圧コンバータ損失）は、走行条件に応じて、予め求められているマップ等を利用して求める。これらの値を、予め経験的に求められている推定式に基づいて求めるものとしてもよい。
モータ電力〔Ｗ〕＝モータ要求トルク×モータ要求回転速度×２π／６０＋モータ損失：ここで、モータ損失は経験値を使用する・・・・・・・式１
発電機電力〔Ｗ〕＝発電機要求トルク×発電機要求回転速度×２π／６０＋発電機損失：ここで、発電機損失は経験値を使用する・・・・・・・式２
これらの式でトルクの単位は〔Ｎ・ｍ〕で、回転速度の単位は〔ｒｐｍ〕である（以下同じ）。
昇圧コンバータ損失は、本例のような電圧変換部４を備える構成において、コンバータを挟んで電圧変化を行うことにより発生する損失である。具体的には、図２のｐ１、ｐ２間で発生する損失である。この値も経験的に得られている値であり、図４に、バッテリ電流〔Ａ〕と昇圧コンバータ損失〔Ｗ〕の関係を示した。したがって、この損失は、バッテリ電流を得て図４に示すマップからその時点の昇圧コンバータ損失を求めることができる。或いは、図４に示すマップに対応する以下の近似式（式３）にしたがって、その時点の昇圧コンバータ損失を求めることもできる。
昇圧コンバータ損失＝ａ１×（バッテリ電流）2＋ａ２×（バッテリ電流）＋ａ３
・・・・式３
なお、上記の式３において、ａ１、ａ２、ａ３は予め定められている定数である。
コンデンサチャージ電力は、平滑用コンデンサ１７（図２を参照）の容量をＣ〔Ｆ〕、Δｔをタイムステップとして、以下の式４に基づいて求められる。
コンデンサチャージ電力＝
[Ｃ×（昇圧後電圧）2／２−Ｃ×（前回の昇圧後電圧）2／２]／Δｔ・・式４
したがって、バッテリ電力は、以下の式５により導出される。
バッテリ電力＝
モータ電力＋発電機電力＋昇圧コンデンサ損失＋コンデンサチャージ電力
・・・・式５
バッテリ電力導出手段１５ａにより導出されたバッテリ電力は、トルク制限判定手段１５ｅに出力される。
バッテリ電力変化率導出手段１５ｂは、現在のバッテリ電力と、単位タイムステップ前のバッテリ電力との差の絶対値をバッテリ電力変化率として導出する手段である。
回転速度変化率導出手段１５ｃは、モータとして働いている回転電機に関し、現在の回転速度と、単位タイムステップ前の回転速度との差の絶対値を回転速度変化率として導出する手段である。
バッテリ電力変化率導出手段１５ｂにより導出されたバッテリ電力変化率及び回転速度変化率導出手段１５ｃにより導出された回転速度変化率は、制限電力決定手段１５ｄに出力される。
制限電力決定手段１５ｄは、許容できるバッテリ電力の最大値である制限電力を決定する手段である。本願にあっては、制限電力決定手段１５ｄは、制限電力をバッテリ電圧に応じて可変決定するように構成されている。バッテリ電圧は、上述したようにバッテリ状態検出センサＳｅ４により検出される。本実施形態においては、制限電力決定手段１５ｄは、バッテリ電圧によらず一定の値に設定される第一制限電力と、バッテリ電圧が変化した場合であっても、バッテリ電流が所定の過電流閾値Ｉｔよりも小さくなるように設定される第二制限電力と、のうちいずれか小さい方を制限電力として決定する。第一制限電力は、バッテリＢの正常時、すなわち、バッテリＢの開放電圧（バッテリ電流が零の状態におけるバッテリ電圧）が所定の正常範囲にある場合において、インバータＩｎが備えるスイッチング素子４ｃ、４ｄ及び８ａ〜８ｆの破損を抑制することができるような電力値として設定される。また、第二制限電力は、バッテリ電圧が変化した場合であっても、当該バッテリ電圧との関係でバッテリ電流が過電流閾値Ｉｔよりも小さくなるような電力値として設定される。ここで、本実施形態において過電流閾値Ｉｔは、バッテリから回転電機に流れることが許容される電流の最大値として予め設定されている。より具体的には、過電流閾値Ｉｔは、スイッチング素子４ｃ、４ｄ及び８ａ〜８ｆの破損、及び、バッテリＢの耐久性の低下を防止することができるような電流の最大値として設定されている。このように設定される第二制限電力は、本実施形態においては過電流閾値Ｉｔとバッテリ電圧との積算値に基づいて設定される。
図５は、本実施形態に係る制限電力を決定する際に用いるマップの一例を示す図である。横軸にバッテリ電圧を、縦軸に制限電力をとったこの図から明らかなように、制限電力はバッテリ電圧に応じて変化するものとなっている。ここで、横軸に水平な直線Ｌ１、Ｌ３、Ｌ５が、本願における第一制限電力を表す直線であり、一定の大きさの傾きを有する直線Ｌ２、Ｌ４、Ｌ６が、本願における第二制限電力を表す直線である。直線Ｌ２、Ｌ４、Ｌ６の傾きは、上述したバッテリ電流の過電流閾値Ｉｔの大きさに一致している。なお、これらの直線Ｌ１〜Ｌ６のうち太い破線で示したＬ１及びＬ２は、回転電機に対してトルク制限がかけられる場合に、当該トルク制限と同時にバッテリ電力が制限されるような理想的な状態における、第一制限電力及び第二制限電力を表す直線となっている。
しかしながら、実際に回転電機の制御を行なった場合におけるバッテリ電力の変化を考えると、ＰＷＭ制御が演算周期内の平均出力値に基づいて行なわれることに起因して、制御遅れが生じてしまう。これにより、いわゆるオーバーシュートが発生し、トルク制限がかかってから実際にバッテリ電力が制限されるまでの間にもバッテリ電力が増加してしまう。そのため、本実施形態においては、以下の式６及び式７に示すように、制御遅れ分電力に応じた値（図５におけるｄ１及びｄ２）を予め減算して、第一制限電力及び第二制限電力が設定されている。ここで、制御遅れ分電力は、回転電機ＭＧ１、ＭＧ２の制御遅れによるバッテリ電力の増加分である。
第一制限電力＝理想状態での第一制限電力−制御遅れ分電力に応じた値
・・・・式６
第二制限電力＝理想状態での第二制限電力（過電流閾値Ｉｔ×バッテリ電圧）−制御遅れ分電力に応じた値 ・・・・式７
すなわち、本実施形態においては、回転電機の制御遅れによりバッテリ電力が制御遅れ分電力だけ増加したときに、上記の理想的な状態における第一制限電力及び第二制限電力に等しくなる（制御遅れ分電力に等しい値が減算される場合）か、或いはこれらよりも小さくなる（余裕をみて制御遅れ分電力よりも多少大きい値が減算される場合）ように、第一制限電力及び第二制限電力が設定されている。上記制御遅れ分電力は実測に基づく実測値として取得される。なお、図５における直線Ｌ３及びＬ４が、それぞれ回転電機の制御遅れを考慮した第一制限電力及び第二制限電力を表す直線となっている。なお、本例では、制御遅れ分電力に応じた値をバッテリ電圧によらない一定値として減算した場合の例を示している。このように、制御遅れ分電力を考慮した補正を行なって第一制限電力及び第二制限電力を設定することで、制御遅れにより発生するバッテリ電力の増加分を吸収して過電流の発生防止を図ることができる。
さらに、回転電機制御システム１００が組み込まれた車両駆動システム２００の状況によっては、バッテリ電力が急激に変化し、或いは急激に変化すると予測される場合がある。具体的には、例えば、バッテリ電力変化率導出手段１５ｂにより導出されるバッテリ電力変化率が所定のバッテリ電力急変閾値より大きい場合には、バッテリ電力が急激に変化していることが認められる。また、回転速度変化率導出手段１５ｃにより導出される回転速度変化率が所定の回転速度急変閾値より大きい場合には、バッテリ電力が急激に変化すると予測される。これらの場合に代表されるような急変時には、回転電機の制御遅れによるバッテリ電力の増加幅は、通常時における増加幅よりも大きいものとなる。そこで、本実施形態においては、急変時にあっては、上述した制御遅れ分電力に応じた値（図５におけるｄ２）よりも大きな値（図５におけるｄ４）を予め減算した急変時第二制限電力が、上記の第二制限電力に代えて設定される。ｄ２とｄ４の大小関係から明らかなように、急変時第二制限電力は上記の第二制限電力よりも低い値となる。なお、図５における直線Ｌ６が、急変時第二制限電力を表す直線となっている。このような急変時第二制限電力を設定することで、制御遅れにより発生するバッテリ電力の増加分が通常時に比べて増大したとしても、これを吸収して過電流の発生防止を図ることができる。
さらに、上記急変時にあっては、上述した制御遅れ分電力に応じた値（図５におけるｄ１）よりも大きな値（図５におけるｄ３）を予め減算した急変時第一制限電力が、上記の第一制限電力に代えて設定される。ｄ１とｄ３の大小関係から明らかなように、急変時第一制限電力は上記の第一制限電力よりも低い値となる。なお、図５における直線Ｌ５が、急変時第一制限電力を表す直線となっている。このような急変時第一制限電力を設定することで、同様に、制御遅れにより発生するバッテリ電力の増加分が通常時に比べて増大したとしても、これを吸収して過電流の発生防止を図ることができる。
上述したように、制限電力決定手段１５ｄは、第一制限電力と第二制限電力とのうち、いずれか小さい方を制限電力として決定する。したがって、本実施形態における制限電力決定手段１５ｄは、非急変時（急変時とは認められない時）において、第一制限電力及び第二制限電力を表す直線Ｌ３、Ｌ４の交点によって規定される所定のバッテリ電圧（図５におけるＶ1）よりも現状のバッテリ電圧が高い場合には直線Ｌ３によって設定される第一制限電力を制限電力として決定し、所定のバッテリ電圧Ｖ1よりも現状のバッテリ電圧が低い場合には直線Ｌ４によって設定される第二制限電力を制限電力として決定する。ただし、急変時においては、急変時第一制限電力及び急変時第二制限電力を表す直線Ｌ５、Ｌ６の交点によって規定される所定のバッテリ電圧（図５におけるＶ2）よりも現状のバッテリ電圧が高い場合には直線Ｌ５によって設定される急変時第一制限電力を制限電力として決定し、所定のバッテリ電圧Ｖ2よりも現状のバッテリ電圧が低い場合には直線Ｌ６によって設定される急変時第二制限電力を制限電力として決定する。このように、実際的には、第二制限電力はその上限値が第一制限電力に一致するように決定され、制限電力は、第二制限電力の上限を第一制限電力としたものとされている。同様に、急変時第二制限電力はその上限値が急変時第一制限電力に一致するように決定され、急変時における制限電力は、急変時第二制限電力の上限を急変時第一制限電力としたものとされている。制限電力決定手段１５ｄにより決定された制限電力は、トルク制限判定手段１５ｅに出力される。
トルク制限判定手段１５ｅは、トルク制限を行うか否かの判定を実行する手段である。トルク制限判定手段１５ｅは、バッテリ電力導出手段１５ａにより導出されるバッテリ電力が、制限電力決定手段１５ｄにより決定された制限電力以上である場合に、回転電機ＭＧ１、ＭＧ２のトルク制限を行う必要があると判定し、その結果をトルク制限値導出手段１５ｆへ出力する。バッテリ電力導出手段１５ａにより導出されるバッテリ電力が、制限電力決定手段１５ｄにより決定された制限電力よりも小さい場合には、回転電機ＭＧ１、ＭＧ２のトルク制限を行う必要はないと判定する。この場合は、各回転電機ＭＧ１、ＭＧ２は、要求トルク、要求回転速度で制御される。
トルク制限値導出手段１５ｆは、トルク制限判定手段１５ｅが回転電機ＭＧ１、ＭＧ２のトルク制限を行う必要があると判定した場合に、その時点でのトルク制限値を導出する手段である。トルク制限値導出手段１５ｆは、制限電力決定手段１５ｄにより決定された制限電力（急変時においては、当該急変時における制限電力）に基づいてトルク制限値を導出する。具体的には、以下の式８にしたがって、トルク制限値が求められる。
トルク制限値〔Ｎｍ〕＝
(制限電力−発電機電力−モータ損失−昇圧コンバータ損失−コンデンサチャージ電力)／[(２π／６０)×モータ回転速度]・・・・・・・・・式８
なお、上述したように、急変時における制限電力は通常時における制限電力よりも低い値に設定される。したがって、急変時におけるトルク制限値は、通常時におけるトルク制限値よりも小さいものとなる。
このようにして、トルク制限手段１５は、バッテリ電力導出手段１５ａにより導出されるバッテリ電力が制限電力より大きくならないように、トルク制限値導出手段１５ｆにより導出されたトルク制限値にしたがって、回転電機ＭＧ１、ＭＧ２の出力トルクを制限する。
図６は、制限電力とバッテリ特性との関係を示す図である。この図では、横軸にバッテリ電流を、縦軸にバッテリ電圧をとっている。ここで、曲線Ｃ１〜Ｃ６は、図５における直線Ｌ１〜Ｌ６にそれぞれ対応するものとして示されている。つまり、Ｃ１及びＣ２は、上記理想的な状態における第一制限電力及び第二制限電力を表す曲線である。Ｃ３及びＣ４は、回転電機の制御遅れを考慮した第一制限電力及び第二制限電力を表す曲線である。Ｃ５及びＣ６は、急変時第一制限電力及び急変時第二制限電力を表す曲線である。また、図６には、バッテリＢの放電時におけるバッテリ特性、すなわちバッテリ電圧とバッテリ電流との間の関係を示す、二本の右下がりの直線が示されている。なお、上側の直線（正常時ＶＩ特性と表示）はバッテリＢが正常な場合におけるバッテリ特性を示しており、破線で示された下側の直線（異常時ＶＩ特性と表示）は、例えば極低温環境に置かれたり劣化したりすることによりバッテリＢの開放電圧が低下した場合におけるバッテリ特性を示している。
この図を参照して理解できるように、バッテリＢが正常な場合には、回転電機の制御遅れを考慮した、一定値となる第一制限電力（曲線Ｃ３で表されている）のみに基づいてトルク制限判定を行なったとしても、バッテリ電流が、インバータＩｎを構成するスイッチング素子４ｃ、４ｄ及び８ａ〜８ｆに流れることが許容される電流の最大値である過電流閾値Ｉｔに到達することはない。これは、バッテリ電流が過電流閾値Ｉｔよりも小さい状態に対応する図中の点Ｘにおいて、回転電機ＭＧ１、ＭＧ２のトルクが制限されるためである。これに対して、劣化等によりバッテリＢの開放電圧が低下した場合には、バッテリ電流が過電流閾値Ｉｔを超える領域（図中の領域Ｙ）においても第一制限電力以下となるため、一定値となる第一制限電力のみに基づいてトルク制限判定を行なった場合には、回転電機ＭＧ１、ＭＧ２のトルクは制限されない結果となってしまう。その結果、バッテリ電流は過電流閾値Ｉｔを超え、インバータＩｎを構成するスイッチング素子４ｃ、４ｄ及び８ａ〜８ｆに過大な電流が流れることにより、これらのスイッチング素子４ｃ、４ｄ及び８ａ〜８ｆが破損される場合がある。また、バッテリＢから過大な電流が取り出されることにより、バッテリＢの耐久性が低下してしまう場合がある。
しかしながら、本実施形態に係る回転電機制御システム１００が備える制限電力決定手段１５ｄは、一定値となる第一制限電力のみならず、バッテリ電圧が変化した場合であっても、バッテリ電流が所定の過電流閾値Ｉｔよりも小さくなるように設定される第二制限電力を設定し、これらのうちいずれか小さい方を制限電力として決定する。図６の例では、回転電機の制御遅れを考慮した第一制限電力を表す曲線Ｃ３、及び、回転電機の制御遅れを考慮した第二制限電力を表す曲線Ｃ４により制限電力が決定される。そして、そのようにして決定された制限電力に基づいてトルク制限判定が行なわれるように構成されているので、バッテリ電流が過電流閾値Ｉｔを超える領域Ｙにおいては、第一制限電力以下ではあるものの第二制限電力以上となるため、回転電機ＭＧ１、ＭＧ２のトルクを適切に制限することができる。これにより、バッテリ電流が過電流閾値Ｉｔを超えてしまうことを防止し、インバータＩｎを構成するスイッチング素子４ｃ、４ｄ及び８ａ〜８ｆを破損等の問題から適切に保護することができる。また、バッテリＢを耐久性の低下の問題から適切に保護することができる。
５．トルク制限処理の手順
次に、本実施形態に係る回転電機制御システム１００が実行するトルク制限処理の手順について説明する。図７は、本実施形態におけるトルク制限処理の処理手順を示すフローチャートである。この図に示されるトルク制限処理は、イグニッションキーのＯＮ操作からＯＦＦ操作に到るまで常時、所定のタイムステップで繰り返される。
まず、発電機として働く回転電機（以下では、単に「発電機」と称する場合がある）及びモータとして働く回転電機（以下では、単に「モータ」と称する場合がある）に対する要求トルクが取り込まれるとともに、発電機及びモータの回転速度が検出される（ステップ＃０１）。図７においては、要求トルクをトルク指令値として記載している。また、バッテリ状態検出センサＳｅ４によりバッテリ電圧が検出される（ステップ＃０２）。次に、バッテリ電力導出手段１５ａは、その時点におけるバッテリ電力を導出し（ステップ＃０３）、バッテリ電力変化率導出手段１５ｂは、バッテリ電力の変化率を導出する（ステップ＃０４）。一方、回転速度変化率導出手段１５ｃは、逐次取り込まれるモータ回転速度に基づき、モータとして働く回転電機の回転数変化率を導出する（ステップ＃０５）。以上の処理を経て、その時点におけるバッテリ電力、バッテリ電力変化率、回転速度変化率が得られる。
制限電力決定手段１５ｄは、以上のようにして得られるバッテリ電力変化率及び回転速度変化率に基づいて、バッテリ電力変化率がバッテリ電力急変閾値以上か、或いは回転速度変化率が回転速度急変閾値以上かの、いずれかの条件を満足するか否かを判定する（ステップ＃０６）。このようにして、変化率の点からみた急変の発生が判定される。いずれの条件も満たされない場合には（ステップ＃０６：Ｎｏ）、制限電力決定手段１５ｄは、ステップ＃０２で検出されたバッテリ電圧に基づき、当該バッテリ電圧における第一制限電力と第二制限電力とのうち、いずれか小さい方を制限電力として決定する（ステップ＃０７）。次に、トルク制限判定手段１５ｅは、ステップ＃０３で導出されたバッテリ電力が、ステップ＃０７で決定された制限電力以上であるか否かを判定する（ステップ＃０９）。バッテリ電力が制限電力以上であると判定された場合には（ステップ＃０９：Ｙｅｓ）、トルク制限値導出手段１５ｆにより、制限電力に基づいてトルク制限値が導出され（ステップ＃１０）、トルク制限手段１５により、そのトルク制限値に基づいたモータトルク制限が実行される（ステップ＃１１）。一方、バッテリ電力が制限電力よりも小さいと判定された場合には（ステップ＃０９：Ｎｏ）、トルク制限は実行されない（ステップ＃１４）。この場合、要求トルク、要求回転速度でモータとして働く回転電機が運転される。
さて、ステップ＃０６の判定において、いずれかの条件を満たす場合には（ステップ＃０６：Ｙｅｓ）、制限電力決定手段１５ｄは、ステップ＃０２で検出されたバッテリ電圧に基づき、当該バッテリ電圧における急変時第一制限電力と急変時第二制限電力とのうち、いずれか小さい方を制限電力として決定する（ステップ＃０８）。次に、トルク制限判定手段１５ｅは、ステップ＃０３で導出されたバッテリ電力が、ステップ＃０８で決定された制限電力以上であるか否かを判定する（ステップ＃１２）。バッテリ電力が制限電力以上であると判定された場合には（ステップ＃１２：Ｙｅｓ）、トルク制限値導出手段１５ｆにより、制限電力に基づいて急変時におけるトルク制限値が導出され（ステップ＃１３）、トルク制限手段１５により、そのトルク制限値に基づいたモータトルク制限が実行される（ステップ＃１１）。一方、バッテリ電力が制限電力よりも小さいと判定された場合には（ステップ＃１２：Ｎｏ）、トルク制限は実行されない（ステップ＃１４）。この場合、要求トルク、要求回転速度でモータとして働く回転電機が運転される。
次に、図８及び図９に基づいて、回転電機ＭＧ１、ＭＧ２のトルク制限を行う場合について説明する。図８は、バッテリ電圧が比較的低圧（ＶL、図５を参照）の場合におけるトルク制限の様子を示すタイミングチャートであり、図９は、バッテリ電圧が比較的高圧（ＶN、図５を参照）の場合におけるトルク制限の様子を示すタイミングチャートである。なお、バッテリ電圧が比較的低圧となる場合としてはバッテリＢの開放電圧が低下した場合が例示され、バッテリ電圧が比較的高圧となる場合としてはバッテリＢが正常に動作している場合が例示される。これらの図において、横軸は時間であり、縦軸には下から順に、バッテリ電力急変フラグ、モータ回転速度急変フラグ、トルク制限フラグ、モータ回転速度、バッテリ電力、モータトルク指令値を示している。また、バッテリ電力のチャートに合わせて、第一制限電力、第二制限電力、急変時第一制限電力、急変時第二制限電力が破線で示されている。なお、これらの図においては比較を容易とするため、トルク制限が実行されないと仮定した場合にはバッテリ電力及びモータ回転速度は全く同じように変化するものとして示している。また、それぞれ左側には急変状態とは認められないままバッテリ電力が上昇する様子を示すとともに、右側にはバッテリ電力が急上昇する様子を示している。
まず、バッテリ電圧が比較的低圧であるＶLの場合（図５の例におけるＶ1及びＶ2よりも低圧の場合）には、図５から分かるように、第一制限電力よりも第二制限電力の方が小さくなるので、第二制限電力が制限電力として決定される。ただし、先に説明した急変時には、急変時第一制限電力よりも急変時第二制限電力の方が小さくなるので、急変時第二制限電力が制限電力として決定される。したがって、この場合には、第二制限電力又は急変時第二制限電力が、トルク制限を実行するか否かを判定するための閾値となる。よって、図８においては、第二制限電力及び急変時第二制限電力を示す破線を、第一制限電力及び急変時第一制限電力を示す破線よりも太くして示している。
図８の左側に示されるように、バッテリ電力及びモータ回転速度がゆっくりと徐々に上昇していく場合には、バッテリ電力変化率が所定のバッテリ電力急変閾値以上となることはなく、回転速度変化率が所定の回転速度急変閾値以上となることもない。よって、バッテリ電力急変フラグ及びモータ回転速度急変フラグが立つことはなく、バッテリ電力は第二制限電力に基づいてトルク制限の要否が判定される。そして、バッテリ電力が第二制限電力に等しくなった時点でトルク制限フラグがオンとなり、トルク制限がかけられる。トルク制限がかけられるとモータトルク指令値が順次低減されるが、モータ回転速度が減少に向かうに従って、モータトルク指定値も上昇傾向に変化する。なお、モータトルク指令値は、これまで説明してきたモータとして働く回転電機に対する要求トルクに相当する。そして、バッテリ電力が第二制限電力を下回った時点でトルク制限フラグがオフとなり、トルク制限が解消される。
図８の右側に示されるように、バッテリ電力及びモータ回転速度が急激に上昇する場合には、バッテリ電力変化率が所定のバッテリ電力急変閾値以上となってしまうとともに、回転速度変化率が所定の回転速度急変閾値以上となってしまう。よって、バッテリ電力急変フラグ及びモータ回転速度急変フラグが立ち、バッテリ電力は急変時第二制限電力に基づいてトルク制限の要否が判定される。そして、バッテリ電力が急変時第二制限電力に等しくなった時点でトルク制限フラグがオンとなり、トルク制限がかけられる。トルク制限がかけられるとモータトルク指令値が順次低減されるが、モータ回転速度が減少に向かうに従って、モータトルク指定値も上昇傾向に変化する。そして、バッテリ電力が急変時第二制限電力を下回った時点でトルク制限フラグがオフとなり、トルク制限が解消される。
バッテリ電圧が比較的低圧であるＶLの場合には、一定の大きさのバッテリ電力を確保するためにはバッテリ電流が過大となってしまう可能性がある。しかし、以上説明したように、本発明によれば、バッテリ電圧が低圧の場合には第一制限電力よりも小さい第二制限電力（或いは急変時第一制限電力よりも小さい急変時第二制限電力）に基づいてトルク制限の要否が判定されるので、より早期にトルク制限を実行することが可能とされる。したがって、インバータＩｎを構成するスイッチング素子４ｃ、４ｄ及び８ａ〜８ｆに過大な電流が流れてしまうのを防止して、これらを破損等の問題から適切に保護することが可能とされている。また、バッテリＢから過大な電流が取り出されることを防止して、バッテリＢを耐久性の低下の問題から適切に保護することができる。
一方、バッテリ電圧が比較的高圧であるＶNの場合（図５の例におけるＶ1及びＶ2よりも高圧の場合）には、図５から分かるように、第二制限電力よりも第一制限電力の方が小さくなるので、第一制限電力が制限電力として決定される。ただし、先に説明した急変時には、急変時第二制限電力よりも急変時第一制限電力の方が小さくなるので、急変時第一制限電力が制限電力として決定される。したがって、この場合には、第一制限電力又は急変時第一制限電力が、トルク制限を実行するか否かを判定するための閾値となる。よって、図９においては、第一制限電力及び急変時第一制限電力を示す破線を、第二制限電力及び急変時第二制限電力を示す破線よりも太くして示している。
図９の左側に示されるように、バッテリ電力及びモータ回転速度がゆっくりと徐々に上昇していく場合には、バッテリ電力変化率が所定のバッテリ電力急変閾値以上となることはなく、回転速度変化率が所定の回転速度急変閾値以上となることもない。よって、バッテリ電力急変フラグ及びモータ回転速度急変フラグが立つことはなく、バッテリ電力は第一制限電力に基づいてトルク制限の要否が判定される。図示の例では、バッテリ電力は第一制限電力に到達しないのでトルク制限フラグがオンとなることはなく、トルク制限がかけられることもない。
図９の右側に示されるように、バッテリ電力及びモータ回転速度が急激に上昇する場合には、バッテリ電力変化率が所定のバッテリ電力急変閾値以上となってしまうとともに、回転速度変化率が所定の回転速度急変閾値以上となってしまう。よって、バッテリ電力急変フラグ及びモータ回転速度急変フラグが立ち、バッテリ電力は急変時第一制限電力に基づいてトルク制限の要否が判定される。そして、バッテリ電力が急変時第一制限電力に等しくなった時点でトルク制限フラグがオンとなり、トルク制限がかけられる。トルク制限がかけられるとモータトルク指令値が順次低減されるが、モータ回転速度が減少に向かうに従って、モータトルク指定値も上昇傾向に変化する。そして、バッテリ電力が急変時第一制限電力を下回った時点でトルク制限フラグがオフとなり、トルク制限が解消される。
〔その他の実施形態〕
（１）上記の実施形態においては、制限電力決定手段１５ｄが、バッテリ電圧によらず一定の値に設定される第一制限電力と、バッテリ電圧が変化した場合であってもバッテリ電流が過電流閾値Ｉｔよりも小さくなるように設定される第二制限電力と、のうちいずれか小さい方を制限電力として決定する場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、バッテリ電圧に応じて可変で、かつ、バッテリ電圧が変化した場合であってもバッテリ電流が過電流閾値Ｉｔよりも小さくなるように設定されるのであれば、単一の関数に基づいて制限電力を決定しても良い。例えば、徐々に第一制限電力（急変時にあっては、急変時第一制限電力）に近づくように緩やかに上昇する飽和曲線に対応するような関数（式は省略する）に基づいて制限電力を決定するように構成してあっても良い。
（２）上記の実施形態においては、回転電機ＭＧ１、ＭＧ２の制御遅れを考慮して第一制限電力及び第二制限電力を設定する場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、例えば制御遅れがない場合、或いは制御遅れが無視できる場合には、回転電機ＭＧ１、ＭＧ２の制御遅れを考慮せずに第一制限電力及び第二制限電力を設定しても良い。
（３）上記の実施形態においては、回転電機ＭＧ１、ＭＧ２の制御遅れを考慮した第一制限電力及び第二制限電力を設定するに際して、制御遅れ分電力に応じた値をバッテリ電圧によらない一定値として減算する場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、例えば制御遅れ分電力に応じた値をバッテリ電圧に応じて変化する可変値としても良い。バッテリ電圧が変化するとそれに応じて制御遅れ分電力も変化するので、バッテリ電圧に応じて変化する可変値を減算することで、より精度の高い第一制限電力及び第二制限電力を設定することができる。
（５）上記の実施形態においては、バッテリ電力が制限電力以上となった時点でトルク制限がかけられ、バッテリ電力が制限電力よりも小さくなった時点でトルク制限が解消される場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、例えばバッテリ電力が増加する状態で使用する上側の制限電力と、バッテリ電力が減少する状態で使用する下側の制限電力とを設けても良い。このように制限電力を一対の値とすることにより、制限電力にヒステリシスを持たせて制御遅れを吸収することができる。よって、ハンチング等を起こしにくい、安定したトルク制限を実現することができる。
（６）上記の実施形態においては、本発明に係る回転電機制御システム１００を、エンジンＥと一対の回転電機ＭＧ１、ＭＧ２とを備えたスプリットタイプのハイブリッド駆動装置１に適用する場合を例として説明した。しかし、本発明の実施形態はこれに限定されない。すなわち、例えば回転電機を単一備えたハイブリッド駆動装置にも適用することができる。さらに、駆動源としてモータとして働く回転電機のみを備えた、電動車両用の駆動装置にも適用することができる。
本発明は、モータやジェネレータの制御を行なう回転電機制御システム、及び当該回転電機制御システムを備えた車両駆動システムに好適に利用することができる。
車両駆動システムの駆動系の概略を示す図 車両駆動システムの回転電機制御系の概略を示す図 車両駆動システムの全体の概略を示す図 昇圧コンバータ損失のマップを示す図 制限電力を決定する際に用いるマップの一例を示す図 制限電力とバッテリ特性との関係を示す図 トルク制限処理の処理手順を示すフローチャート バッテリ電圧が低圧の場合におけるトルク制限の様子を示すタイミングチャート バッテリ電圧が高圧の場合におけるトルク制限の様子を示すタイミングチャート
符号の説明
１５ トルク制限手段
１５ａ バッテリ電力導出手段
１５ｂ バッテリ電力変化率導出手段
１５ｃ 回転速度変化率導出手段
１５ｄ 制限電力決定手段
１００ 回転電機制御システム
２００ 車両駆動システム
Ｉｎ インバータ
Ｂ バッテリ
Ｅ エンジン（駆動源）
ＭＧ１ 第一回転電機
ＭＧ２ 第二回転電機
Ｐ 動力分配機構
Ｗ 車輪
Ｉｔ 過電流閾値

Claims (8)

  1. 回転電機と、バッテリと前記回転電機との間に介在され、前記回転電機を流れる電流を制御するインバータと、を備え、
    前記インバータにより前記回転電機の回転速度及び出力トルクが制御される回転電機制御システムであって、
    前記回転電機が前記回転速度及び前記出力トルクで働く場合に、前記バッテリから供給することが必要とされるバッテリ電力を導出するバッテリ電力導出手段と、
    許容できる前記バッテリ電力の最大値である制限電力を、バッテリ電圧に応じて可変決定する制限電力決定手段と、
    前記バッテリ電力導出手段により導出される前記バッテリ電力が前記制限電力より大きくならないように前記回転電機のトルクを制限するトルク制限手段と、
    を備え、
    前記制限電力決定手段は、
    バッテリ電圧によらず一定の値に設定される第一制限電力と、
    バッテリ電圧が変化した場合であっても、バッテリ電流が所定の過電流閾値よりも小さくなるように設定される第二制限電力と、
    のうちいずれか小さい方を前記制限電力として決定する回転電機制御システム。
  2. 前記第二制限電力が、前記過電流閾値とバッテリ電圧との積算値に基づいて設定される請求項１に記載の回転電機制御システム。
  3. 前記第一制限電力及び前記第二制限電力が、前記回転電機の制御遅れによる前記バッテリ電力の増加分である制御遅れ分電力に応じた値を予め減算して設定される請求項１又は２に記載の回転電機制御システム。
  4. 前記バッテリ電力の変化率を導出するバッテリ電力変化率導出手段を備え、
    前記バッテリ電力変化率導出手段により導出されるバッテリ電力変化率が所定のバッテリ電力急変閾値より大きい急変時に、
    前記第二制限電力よりも低い値に設定される急変時第二制限電力が、前記第二制限電力に代えて設定される請求項１から３のいずれか一項に記載の回転電機制御システム。
  5. 前記回転電機の回転速度の変化率を導出する回転速度変化率導出手段を備え、
    前記回転速度変化率導出手段により導出される回転速度変化率が所定の回転速度急変閾値より大きい急変時に、
    前記第二制限電力よりも低い値に設定される急変時第二制限電力が、前記第二制限電力に代えて設定される請求項１から３のいずれか一項に記載の回転電機制御システム。
  6. 前記急変時に、
    前記第一制限電力よりも低い値に設定される急変時第一制限電力が、前記第一制限電力に代えて設定される請求項４又は５に記載の回転電機制御システム。
  7. 請求項１〜６の何れか一項に記載の回転電機制御システムを備えるとともに、
    前記回転電機として、第一回転電機と第二回転電機とを備え、
    前記第一回転電機及び前記第二回転電機以外の駆動源から発生される駆動力を分配する動力分配機構を備え、前記動力分配機構により分配された一方の駆動力が車輪に、他方の駆動力が前記第一回転電機に伝達されるとともに、前記第二回転電機により発生される駆動力が前記車輪に伝達される車両駆動システム。
  8. 前記動力分配機構が、回転速度の順に、第一回転要素、第二回転要素及び第三回転要素を有する遊星歯車機構を含んで構成され、
    前記第一回転電機が前記第一回転要素に接続され、前記回転電機以外の駆動源が前記第二回転要素に接続され、前記第二回転電機及び前記第三回転要素が車輪に接続されている請求項７に記載の車両駆動システム。
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